南方丘陵區(qū)高速公路水土保持綜合效益評價研究

鄒龍宇 王農

［關鍵詞］ 水土保持；綜合效益；高速公路；層次分析法；主成分分析法；南方丘陵區(qū)

［摘 要］ 高速公路路線長，其建設擾動范圍廣、土石方挖填量大，加上南方丘陵區(qū)的山地土質較為疏松，邊坡土體不穩(wěn)定，導致南方丘陵區(qū)高速公路建設項目水土流失頻繁發(fā)生。開展高速公路工程各水土流失防治區(qū)水土流失防治效果科學評價有助于推動綠色高速公路高質量建設?；趯哟畏治龇嫿ㄋ帘３志C合效益評價指標體系，并采用主成分分析法開展南方丘陵區(qū)3個高速公路建設項目的水土保持綜合效益評價，結果表明：①在指標體系中林草恢復率、水土保持投資、林草覆蓋率3個指標的權重較高。②宜豐聯(lián)絡線水土保持綜合效益得分最高，為4.214；昌栗高速得分最低，為3.903。③廣吉高速路基工程區(qū)水土保持投資高，植物措施實施效果好，林草植被恢復率和林草覆蓋率較高，水土保持效益好；宜豐聯(lián)絡線棄土場區(qū)通過噴播植草和護坡工程，植被恢復效果較好，水土保持效益好；昌栗高速棄土場區(qū)棄土量大，水土保持投資低，水土保持效益差。

［中圖分類號］ S157? ［文獻標識碼］A? DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.01.012

隨著我國經濟的快速發(fā)展，以高速公路為主體的快速交通網絡不斷更新完善，其建設技術也不斷成熟。然而，高速公路路線長，其建設擾動范圍廣、土石方挖填量大，施工過程中通常會改變和破壞地表形態(tài)、植被及土質，進而造成較大范圍的水土流失，加上南方丘陵區(qū)的山地土質較為疏松，土層較薄，邊坡不穩(wěn)定[1]，南方丘陵區(qū)高速公路建設會導致區(qū)域內水土流失頻繁發(fā)生。因此，嚴格落實高速公路水土保持措施，加大水土保持監(jiān)測力度，同時開展高速公路工程各水土流失防治區(qū)水土流失防治效果科學評價，及時發(fā)現(xiàn)防治漏洞和問題，有助于推動綠色高速公路高質量建設。

目前，許多學者開展了關于公路建設項目的水土保持效益評價研究。如于坤霞等[2]分別從施工前期、植被恢復期和建成使用期對西安—商洛高速公路的各個工程區(qū)進行了生態(tài)效益動態(tài)評價；陳曉安等[3]從水土流失狀況、水土保持防治效果、水土流失危害角度構建生產建設項目水土保持評價模型，并對比分析了點狀與線狀生產建設項目間的水土保持效益差異；楊嬋[4]以山區(qū)公路建設項目為對象，選取有效指標建立水土保持綜合效益評價模型，對建設項目不同時期和不同防治區(qū)的水土保持措施綜合效益進行了動態(tài)評價；林顯鋒等[5]根據綠化特征及其功能，從多方面構建公路綠化綜合評價指標體系，并應用層次分析法計算確定各指標權重。但是，目前關于南方丘陵區(qū)高速公路建設項目水土保持效益評價的研究還缺少系統(tǒng)性的總結和分析，且大多數(shù)研究采用的數(shù)據來源于水土保持方案，并不是生產建設項目的實際監(jiān)測數(shù)據，評價結果可能存在偏差。本研究基于高速公路建設項目監(jiān)測數(shù)據，構建水土保持綜合效益評價指標體系，以位于南方丘陵區(qū)的廣昌—吉安高速公路（以下簡稱“廣吉高速”）、南昌—上栗高速公路（以下簡稱“昌栗高速”）、銅鼓—萬載高速公路宜豐聯(lián)絡線（以下簡稱“宜豐聯(lián)絡線”）為例，開展水土保持綜合效益評價。

1 研究區(qū)概況

廣吉高速是沈海高速廣昌—吉安段的新建工程，位于江西省撫州市、贛州市和吉安市境內，由廣吉主線和吉安支線兩個部分組成，路線全長189.28 km。昌栗高速是南昌—上栗段的新建工程，位于江西省南昌市、宜春市、萍鄉(xiāng)市境內，路線起點與南昌城市道路相接，并與南昌市西外環(huán)高速樞紐相連，終于江西省萍鄉(xiāng)市上栗縣金山鎮(zhèn)上塘村，設樞紐互通與萍洪高速相接，路線全長223.09 km。宜豐聯(lián)絡線是一條東西橫線，東連杭州—長沙國家高速公路南昌—天寶段、大慶—廣州國家高速公路宜豐段，西連銅鼓—萬載高速公路，并通過銅鼓—萬載高速公路連通杭州—長沙國家高速公路銅鼓段；起于江西省宜春市宜豐縣天寶鄉(xiāng)彪馬嶺村，設置天寶樞紐互通與南昌—銅鼓高速公路相接，終點與銅鼓—萬載高速公路在黃崗設樞紐互通相接，路線全長25.48 km。

廣吉高速、昌栗高速、宜豐聯(lián)絡線項目區(qū)均屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，四季分明、降水充沛、日照充足，其中廣吉高速項目區(qū)年均降水量1 458～1 863 mm，昌栗高速項目區(qū)年均降水量1 545～1 732 mm，宜豐聯(lián)絡線項目區(qū)年均降水量約1 732 mm，且降水均集中在4—9月；廣吉高速項目區(qū)年均氣溫18.0～18.8 ℃，昌栗高速和宜豐聯(lián)絡線項目區(qū)年均氣溫17.1～17.7 ℃。3個高速公路項目區(qū)地貌類型包括平原、丘陵、山地，主要土壤類型為紅壤和水稻土，地帶性植被為亞熱帶常綠闊葉林，現(xiàn)狀植被為天然次生林、半次生林和人工林，植被類型主要為針葉林、針闊混交林和灌叢等。3個高速公路項目區(qū)均位于南方紅壤丘陵區(qū)，土壤侵蝕類型以水力侵蝕為主，容許土壤流失量為500 t/（km2·a）。

2 研究方法

2.1 評價指標體系構建

通過整理和分析高速公路建設項目水土保持評價相關的文獻資料和技術文件[6-8]，選取其中出現(xiàn)頻率較高的評價指標，結合《生產建設項目水土保持技術標準》（GB 50433—2018）和3個高速公路項目的水土保持監(jiān)測報告和設施驗收報告，通過層次分析法構建高速公路建設項目水土保持綜合效益評價指標體系[9]。其中：第1層為目標層；第2層為準則層，包括2個影響因子；第3層為指標層，包括13個評價指標，見表1。

2.2 評價指標權重確定

邀請多位水土保持專家運用1～9標度法[10]對評價指標進行打分，

鄒龍宇等：南方丘陵區(qū)高速公路水土保持綜合效益評價研究

根據專家評分表的統(tǒng)計結果，構建準則層對目標層判斷矩陣A-B、指標層對水土保持設施因子判斷矩陣B1-C、指標層對水土流失防治效果因子判斷矩陣B2-C，進行一致性檢驗，

并通過層次分析計算出各指標權重。

2.3 水土保持綜合效益評價

主成分分析即利用降維的思想，將多個變量轉化為少數(shù)幾個綜合變量（主成分），其中每個主成分都是原始變量的線性組合，且之間互不相關，從而使這些主成分能反映原始變量的絕大部分信息，且所含信息互不重疊。本研究通過主成分分析法確定水土保持綜合效益，主要步驟為：指標數(shù)據標準化—指標間相關性判定—確定主成分個數(shù)—確定主成分表達式。

3 結果與分析

3.1 評價指標權重

判斷矩陣A-B、B1-C、B2-C的最大特征根λmax分別為1.130、8.264、5.062，一致性比率分別為0.000 0、0.026 7、0.013 9，均小于0.100 0，滿足一致性檢驗標準，其計算得到的各指標權重見表2。

各評價指標對水土保持綜合效益的貢獻率排序為：林草植被恢復率＞水土保持投資＞林草覆蓋率＞植物措施＞護坡工程＞排水工程＞土壤流失控制比、水土流失治理度＞臨時攔擋＞臨時排水、臨時覆蓋＞臨時沉沙＞場地整平。由于本研究主要分析高速公路建設項目在施工末期至運行期期間的水土保持綜合效益，此時大部分公路主體工程已建成，主要施工建設活動已基本停止，水土保持措施已布設完畢，因此水土流失防治效果是水土保持綜合效益評價中的重要內容，準則層水土流失防治效果的權重更高。良好的植被覆蓋對防治土壤侵蝕起到關鍵作用，且相較于水土保持工程措施，植物措施工藝相對簡單、成本更低、效益更高，是高速公路水土流失治理的重要手段，因此在水土保持設施因子和水土流失防治效果因子層次下，

與植物有關的指標權重都較高。在施工末期，由于高速公路各防治區(qū)的水土保持工程措施和植物措施均已基本布設完畢，因此水土保持臨時措施在水土流失防治方面所起的作用相對較小，水土保持臨時措施有關的指標權重相對較低。

3.2 主成分分析結果

經計算，KMO抽樣適合性檢驗統(tǒng)計量為0.623，處于勉強適合水平，Bartlett檢驗得到顯著性指標p＜0.001，達到極顯著的水平，兩種檢驗結果均表明高速公路建設項目水土保持綜合效益評價適合主成分分析。表3為主成分分析的貢獻率結果，前4個主成分的累計貢獻率達90.36%（一般要求＞85%[11]），特征值分別為7.770、2.102、0.885、0.991，說明這4個主成分基本包含了全部指標所具有的信息，因此可用這4個主成分來反映高速公路各防治區(qū)水土保持綜合效益。

3.3 水土保持綜合效益評價

將高速公路建設項目依據施工工藝、水土流失防治責任等分為不同的水土流失防治分區(qū)，包括路基工程區(qū)、互通工程區(qū)、橋梁工程區(qū)、附屬設施區(qū)、取土場區(qū)、棄土場區(qū)、施工生產生活區(qū)、施工便道區(qū)共8個水土流失防治區(qū)。表4為計算得到的3個高速公路建設項目的水土保持綜合效益評價結果。宜豐聯(lián)絡線得分最高，水土保持綜合效益最好，昌栗高速得分最低，水土保持綜合效益最差。

高速公路建設項目中路基工程作為主要的建設工程，因其在建設過程中擾動面積大、擾動時間長，通常造成大面積裸露地表，易產生大規(guī)模的水土流失，故路基工程區(qū)是高速公路建設項目區(qū)水土流失防治的重點區(qū)域[12]。廣吉高速路基工程區(qū)水土保持綜合效益最好，其路基工程水土保持投資達63 402.43萬元，占項目水土保持投資的76.18%，高于昌栗高速（72.28%）和宜豐聯(lián)絡線（73.34%）。此外，廣吉高速路基工程的邊坡植被大多選擇適應性較強的鄉(xiāng)土植物，結合漿砌石人字形骨架和方格形骨架進行防護，在骨架內配備植生袋，袋內配有有機肥、保水劑、土壤改良劑等植物生長基質，并對中央分隔帶、護坡等進行大面積的草籽噴播，栽植當?shù)剡m生的喬灌木，這些措施使得廣吉高速路基工程區(qū)林草覆蓋率和林草植被恢復率分別達到46.1%和99.3%，高于昌栗高速路基工程區(qū)的45.7%、98.7%和宜豐聯(lián)絡線路基工程區(qū)的45.4%、98.8%。

取土場區(qū)、棄土場區(qū)前期立地條件差，植物生長緩慢、存活率低，地表裸露時間長，區(qū)域內水土流失通常比較嚴重，因此這2個防治區(qū)的水土流失防治十分重要[13-14]。3個高速公路建設項目的取土場區(qū)水土保持綜合效益評價得分接近，而棄土場區(qū)得分相差較大，其中宜豐聯(lián)絡線得分最高，昌栗高速得分最低。宜豐聯(lián)絡線建設規(guī)模較小，棄土（石、渣）量為92.5萬m3，棄土場占地面積為18.17 hm2，棄土場區(qū)水土保持投資為585.54萬元，約占項目水土保持投資的5%；而昌栗高速建設規(guī)模較大，棄土（石、渣）量為187.65萬m3，棄土場占地面積為32.22 hm2，但是棄土場區(qū)水土保持投資僅為632.7萬元，只占項目水土保持投資的0.51%。此外，宜豐聯(lián)絡線棄土場區(qū)通過噴播草灌，結合漿砌石人字形骨架護坡，有效控制了棄土場邊坡土壤侵蝕，植物長勢和植被恢復效果較好，水土流失治理度達98.5%，林草覆蓋率和林草植被恢復率分別達96.1%和98.5%，高于昌栗高速棄土場區(qū)的83.5%和96.9%。

4 建議

高速公路項目建設過程中，應加大對路基工程區(qū)、取土場區(qū)、棄土場區(qū)等水土流失嚴重區(qū)域的水土保持投資力度。注重水土保持工程、植物和臨時措施的有機結合[15]，通過場地整平以減少施工對高速公路建設項目區(qū)地表和土壤結構的影響；對裸露地表進行臨時苫蓋并修建截排水溝等防洪排水設施，以減輕降水沖刷造成的水力侵蝕；對開挖和填筑邊坡，應及時實施護坡工程，并結合噴播植草，以快速恢復邊坡植被覆蓋；定期監(jiān)測各水土流失防治區(qū)植被的存活率、生長情況，以及工程設施的運行和質量狀況，對枯死、病死的植物應立即采取補植補種措施，更新草種，加強植被修復工作；及時維修受損的水土保持工程設施，加強工程設備的日常養(yǎng)護管理[16]。通過科學、合理、全面的水土保持措施布設及嚴格的后續(xù)管理，實現(xiàn)高速公路建設項目水土保持綜合效益的最大化。

5 結論

針對南方丘陵區(qū)高速公路建設項目擾動范圍大、水土流失嚴重的問題，以位于南方丘陵區(qū)的廣吉高速、昌栗高速、宜豐聯(lián)絡線為例，基于層次分析法構建水土保持綜合效益評價指標體系，指標體系包含1個目標層、2個準則層和13個指標層，在指標體系中林草恢復率、水土保持投資、林草覆蓋率3個指標的權重較高。另外，基于主成分分析法評價了3個高速公路建設項目的水土保持綜合效益，其中宜豐聯(lián)絡線水土保持綜合效益得分最高，為4.214，昌栗高速得分最低，為3.903。對于高速公路建設項目主體工程的重要組成部分——路基工程，廣吉高速路基工程區(qū)水土保持投資高，植物措施實施效果好，林草植被恢復率和林草覆蓋率較高，水土保持效益好。3個高速公路建設項目取土場區(qū)水土保持綜合效益得分比較接近，但宜豐聯(lián)絡線棄土場區(qū)通過噴播植草和護坡工程，植被恢復效果較好，水土保持效益好，而昌栗高速棄土場區(qū)棄土量大，水土保持投資較少，水土保持效益差。

對于高速公路建設項目，路基工程等主體工程規(guī)模較大，擾動地表面積范圍大，產生的水土流失量多，在水土保持綜合效益評價中占比較大；取土場區(qū)和棄渣場區(qū)邊坡坡度大且土質松散，地表裸露時間長，土壤侵蝕嚴重。這些防治區(qū)是高速公路建設項目水土保持工作的重點和難點。應科學合理布設水土保持工程、植物和臨時措施，加大水土流失防治重點區(qū)域的水土保持投資力度，做好定期水土保持設施質量和植被生長情況監(jiān)測，加強后續(xù)日常管理，提升高速公路建設項目水土保持綜合效益。

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